SE443235B - Forfarande for metning av halten suspenderade emnen i ett strommande medium samt anordning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

8207180-4 10 15 20 25 30 35 kositetsgivare normalt mycket underhâllskrävande. För speciellt vid stationär mät- det andra är noggrannheten, För det med en mekanisk anordning relativt dålig. ning, ptiska och speciellt det elek- tredje har både på det o ket stark teknisk utveckling ägt förbilligar tillverkningen av För det fjärde kan man troniska området en myc rum, som underlättar och mätgivare på optiska principer. med elektrooptisk teknik uppnå en noggrannhet som är minst lika bra, och i vissa fall även bättre än motsvarande- mekaniska anordningar.

Svagheten vid utnyttjande av elektrooptiska metoder har dock varit svårigheten att mäta vid högre koncentration.

Normalt har man därför varit hänvisad till mätningar i intervallet under 10 g/l (1 %).' Detta beror på att man i första hand har valt att använda sig av transmissionsmät~ ningar, d v s man har detekterat det ljus_som transmitte- rats genom fibersuspensionen. Då intensiteten hos det ljus som lyser genom suspensionen minskar enligt en exponential- funktion, kommer den signal ljuset åstadkommer att ligga nära bruströskeln även för relativt låga koncentrationer. Även mätgivare som är baserade på transmitterat, polariserat ljus lider av samma svaghet.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma ett förfarande och en anordning av inledningsvis nämnt slag, vilket för- farande och anordning har de i bifogade patentkrav angivna kännetecknen.

Genom föreliggande uppfinning har man undanröjt de nack- delar som hittills kända koncentrationsgivare är behäftade med genom att mäta det reflekterade ljuset. vid en sådan mätning kan man erhålla god noggrannhet vid koncentratio- ner som ligger långt över 1 % nivån och i föreliggande uppfinning kan koncentrationer upp till 5-6 % uppmätas utan att noggrannheten därför försämras. Vid vissa typer av fibersuspensioner kan bra linjäritet fortsätta ända upp till koncentrationer på 10% eller mer. 10 15 20 'n 30 35 8207180-4 Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, av vilka Pig. l visar ett snitt genom ett mätnuvud eller en instickssond vid en mätanordning en- ligt en utföringsform av uppfinningen, Fig. 1 A är en sidovy i sektion av en instickssond, där ljusstrâlarna från ljuskäl- lan och till detektorerna visas, Pig. 2 visar en sidovy del- vis i sektion av en mätanordning enligt uppfinningen, Fig. 3 visar en sidovy i sektion i förstorad skala av en insticks- sond enligt en annan utföringsform_av föreliggande upp- finning, Fig¿ 4 visar i förstorad skala ett längsgående snitt genom den yttre änden av instickssonden, Fig. 5 vi- sar ett tvärsnitt längs linjen A-A genom den yttre änden _hos den i Fig. 4 visade sonden, Fig. 6 visar en delsek- tion längs linjen B-B av den i Fig. 5 visade sondändeny Fig. 7 visar en delvy av en längsgående sektion genom en annan utföringsform av sondände och Fig. 8 visar signa- - lerna Izl, I4l, Izl/I4l-och Izl/4l+k-Il, som funktion av koncentrationen hos det strömmande mediet.' Såsom framgår av Fig. 1 visar denna ett mäthuvud eller in- stickssond 10 innefattande fyra fält 1a - 4a, nämligen en ljuskälla 1 med ett fält 1a, en detektor 2 med ett fält 2a för direktreflexion samt tvâ detektorer 3, 4 för multipel- reflexion med fälten 3a och 4a. Dessa fält utgör ena änden 13 pâ fiberoptiska ledare. Änden13 innefattar ett fönster 9, bakom vilket finns en fläns 5 fixerad vid ändpartiet medelst icke visade fästbultar i fästhål 6, vilken fläns 5 är avsedd att centrera och fixera de fiberoptiska ledarna. Ljus föres genom en fiberoptisk ledare ut genom fältet 1a mot den fiber- suspension, som strömmar fram i en massaledning 11 (seFïg.1).

På grund av partiklarna i fibersuspensionen kommer ljuset att reflekteras. Det reflekterade ljuset detekteras i tre olika detektorer 2 - 4 via fälten 2a - 4a, som befinner sig på olika avstånd från det fält 1a från vilket ljuset utsänds.

Det detektorfält.2a som ligger närmast ljuskällans fält 1a mäter i första hand direktreflekterat ljus med detektorn 2.

De tvâ övriga detektorfälten 3a och 4a upptager ljus för mätning av detektorerna 3, 4) som reflekterats ett antal 8207180-4 10 15 20 25 gånger i fibersuspensionen och genomgått s k multipelre- flcxion.

Den detektor 2 som med sitt fält 2a befinner sig närmast ljuskällans 1 fält 1a kommer, under förutsättning att de- tektorns 2 fält 2a befinner sig tillräckligt nära, att vara mer eller mindre linjärt beroende av koncentrationen. Signal- en ut från denna detektor 2 kan därför beskrivas med'ekva- tionen: 121 - Il°g21'k2'§a¿&cx1 där d' _ .

I21 = intensiteten hos det reflekterade ljuset avgivet från ljuskällan 1 och mottaget i detektorn 2.

Il - ljuskällans intensitet g21 = en geometrisk konstant kz - en detektorkonstant 3 = en reflektansfaktor C = koncentrationen X1 = ljusets våglängd d = massatypsberoende faktor Pâ samma sätt kan det ljus som detekteras i detektor 4 beskrivas meà följanae ekš;ti0n= _ . . _ - CX 141 - *Il g41 k4S@(l_e 2) där på samma sätt Il = ljuskällans intensitet g41 = en geometrisk konstant k4 = en detektorkonstant . _ 5 = en reflektansfaktor I41 = den detekterade ljüsmängden Om nu signalen I21 divideras med I41 erhålles en utsignal 10 15 20 25 30 8207180-4 som är oberoende av ljuskällans intensitet och även obe- roende av försmutsningen av sonden 10.

Dä samtidigt faktorn (1-ecX2) mycket snabbt när mättnad kommer kvoten mellan I21 och I4¿ att bli direkt proportio- nell mot koncentrationen. ' -c I21 Konst.10,CX1 z Konst.2 I41 1-e "ECX2 Ljuset leds som tidigare nämnts via fiberoptik ut mot fibern och når massan via fönstret 9 i sonden 10. På analogt sätt leds det detekterade ljuset tillbaks till en elektronikenhet som finns i en elektronisk kapsling 12.

Sonden 10, som genom ett sondrör 8 inrymmer fiberoptiken ' och slutar i den gemensamma änden 13, sträcker sig från kapslingen 12 till massaledningen 11 inuti ett skydds- rör 7. För att göra det möjligt att rengöra sonden 10 under drift finns en slussventil 14 i skyddsröret 7 som är i öppet läge då sonden 10 är instucken, men som i sam- band med att sonden 10 drages ur skyddsröret 7 stänges I det fall fiber an- vändes är respektive strålgång åtskild av en mellanvägg iy och avtätar mot fibersuspensionen. form av en blindplatta av t ex metall.

Av Fig. 3 framgår de olika delar som bildar insticksson- den 10. En elektrisk ledare 18 slutar i en optisk en- het 19 vilken innefattar ljuskällan l samt detektorerna 2-4 . Utanför dessa finns fönstret 9 vilket fixeras mot enheten 19 medelst en fästhylsa 20.

Av Fig. 4 framgår fönstrets 9 fixering medelst fästhylsan 20 mot den optiska enheten 19, i vilken ljuskällan l och detektorn 4 kvarhålles medelst en avtätande fästplatta 21.

Ett reflekterande organ 15 i form av spetsen på en genom sondens 10 vägg gående skruv 17 befinner sig ett litet 8207180-4 10 15 20 25 30 stycke in i ljusflödet från ljuskällan 1. Härigenom reflek- terar skruvspetsen 15 en del ljus som kommer från ljuskäl- lan l via en spegel 16 direkt in i detektorn 4, varvid er- hålles en signal som adderas till signalen-I4l från detek- torn 4 enligt sambandet Izl/I4l+k-Il, där konstanten k er- hållits på optisk väg. I stället för det reflekterande or- ganet 15 kan en extra detektor anordnas framför ljuskällan l i dess ljusflöde, varvid konstanten k i detta senare fall erhålles på elektronisk väg. Genom detta arrangemang åstadkommes linjäritet för de koncentrationsvärden Ö èå det strömmande mediet som i huvudsak är under 1%, såsom framgår av den grafiska framställning som visas på Fig. 8.

Av Fig. 5, som är ett snitt genom sondens 10 ände längs“ linjen A-A i Fig. 4, framgår ljuskällans l läge i förhål- lande till detektorn 2 för det direktreflekterande ljuset.

Pig. 6 är en sektion längs linjen B-B i Figl 5 och visar hur ljusöppningen till detektorn 2 för det direktreflek- terade ljuset är sidoförskjuten i förhållande till själva detektorn 2. _Vid den utföringsform som visas i Fig. 7 har ett linssys- tem 22 anordnats i ljuskällans 1 ljusflöde mellan fönstret 9 och ljuskällan l. Linssystemets 22 brännvidd är så vald att det genom detsamma gående ljuset fokuseras till en punkt utanför fönstret 9, varigenom mätanordningen blir okänslig mot eventuell försmutsning av fönstret 9.

Fig. 8 visar de olika relativa signalerna som funktion av koncentrationen C hos det strömmande mediet. Av kurvorna framgår att förhållandet Izl/I4l är i huvudsak linjärt vid fiberkoncentrationer över en kritisk koncentration C'och att förhållandet Izl/I4l+k'ly beskriver en kurva sdm i hu- vudsak är linjär vid fiberkoncentrationer både under och över den kritiska koncentrationen CI

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 1 - 8207180-4) Patentkrav l. Förfarande för mätning av halten suspenderande ämnen i ett strömmande medium genom belysning av mediet med ljus från en ljuskälla (l)f varvid ljuset detekteras i minst två detektorer (2, 3, 4) via fält (2a, 3a, 4a), en för mätning av direktreflekterat ljus och en för mätning av multipelreflekterat ljus, k ä n n e t e c k n a t a v att ett detektorfält (2a) anordnas i direkt anslutning till ljuskällan (1) varvid företrädesvis endast direktreflekte- rande ljus mottages och ett i huvudsak linjärt förhållande erhålles inom aktuellt mätområde mellan utsignalen (I2l) från detektorn (2) och koncentrationen (C) av det strömmande mediet och vilken signal påverkas av störningsfaktorer såsom fibrernas färg i suspensionen, ljuskällans intensitet och be- läggningar på mätsondens glas, att ett annat detektorfält (4a) anordnas på ett avstånd från ljuskällan (l) som företrädesvis endast medger mottagande av multipelreflekterat ljus och ger en utsignal (I4l) från detektorn (4) som i.huvudsak är kon- stant inom ett stort intervall i förhållande till koncentra- tionen (C) av det strömmande mediet och som även denna pâ- verkas av ovannämnda störningsfaktorer samt att utsignalen (Izl) från det direktreflekterade ljuset divideras med ut- signalen (I4l) från det multipelreflekterade ljuset, varvid erhålles ett samband (I2l/I4l) som utgör ett mått eller vär- de på koncentrationen (C) av suspenderade ämnen i det ström- mande mediet, vilket värde ej är pâverkbart eller beroende av störningsfaktorerna.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k- n a t a v att till signalen (I4l) från detektorn (4) för det multipelreflekterade ljuset adderas en signal, som erhålles från en del av ljuset från ljuskällan oth- vilken del leds direkt till detektorn (4) varvid ett sam- band Izl/(I4l+k-Il) erhålles, där en detektorkonstant (k) erhålles för att åstadkomma linjäritet för de mätvärden på koncentrationen (C) då denna är under 1%. 8207180-4 10 15 20 25 30

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- n a t a v att den signal, som erhålles från en del av ljuset från ljuskällan (l), ledes direkt och elektroniskt till detektorn (4), varvid ett mått på koncentrationen bildas enligt sambandet Izl/(I4l+k°Il).

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att ljuset från ljuskällans (l) fält (la) fokuseras till en punkt utanför det fönster (9), som finns mellan fältet (la) och det i ledningen (ll) strömmande mediet.

5. Anordning för genomförande av förfarandet enligt något av patentkrav 1-4, innefattande en ljuskälla (l) förbundet med ett fält (la) och minst tvâ detektorer (2, 3; 4) förbundna med fält (2a, 3a; 4a), vilka-fält (l-4) är an- ordnade i en i en ledning (ll) inskjutande sond (10), vil- ken, i sin mot det i ledningen (ll) strömmande mediet vet- tande ände (13), uppvisar ett mot mediet avtätande fönster (9) och av vilka detektorer (2, 3; 4) via sina fält (2a, 3a; 4a) en mäter direktreflekterat ljus och en annan mäter multipelreflekterat ljus, k ä n n e t e c k n a d a v att det ena detektorfältet (2a) är anordnat i anslutning till ljuskällans (1) fält (1a) och vilket fält (2a) endast mäter direktreflekterande ljus samt att den andra detek- torns (4) fält (4a) är placerat på ett avstånd från ljuskäl- lans (1) fält (1a) som företrädesvis endast medger mottagan- de av multipelreflekterande ljus.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att den andra detektorns (4) fält (4a) är anor- nat att upptaga en del av ljuskällans (1) ljusflöde mellan ljuskällan (1) och fönstret (9) för mätning av ljuskällans (1) intensitet (I1) innan ljuset sänds in i det strömmande mediet. 10 15 20 8207180-4

7. Änordning enligt något av patentkrav 5-6, k ä n- n e t e c k n a d a v att ett reflekterande organ (15) är anordnat i ljuskällans (1) ljusflöde mellan ljuskällans (l) fält (la) och fönstret (9), vilket organ är anordnat att optiskt leda en del av ljusflödet från ljuskällans (1) fält (la) vinkelrätt mot sondens (10) längdriktning via en snedställd spegelyta (16) in i detektorns (4) fält (4a) för det multipelreflekterade ljuset. _ _

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k- n a d a v att det reflekterande organet utgörs av spet- sen (l5) av en genom sondens (10) hölje sig sträckande skruv (l7).

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att ljusöppningen till detektorns (2) fält (2a) för det direktreflekterade ljuset är i sondens (10) ände (13) sidoförskjuten ett förutbe- stämt avstånd i förhållande till detektorns (2) fält (2a).

10. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att ett linssystem (22) är anordnat i ljuskällans (1) ljusflöde mellan fönstret (9) och ljuskällans (l) fält (la), vilket linssystems bränn- vidd är så vald att det genom linssystemet (22) gående ljuset är fokuserat till en punkt utanför fönstret (9).